固原压气站工艺设计_本科毕业设计(编辑修改稿)

固原压气站工艺设计_本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

算。 掌握压气站施工图的绘制方法。 压气站 国内外现状 1986年 8月我国第一座长输天然气管道压气站在 中沧输气管道濮阳站建成投产 ,首次采用了燃气轮机驱动离心压缩机机组。 1996 年 11 月建成投产的鄯乌输气管道鄯善站 ,是我国首次采用天然气发动机驱动往复式压缩机机组的压气站。 2020 年 11月投产的陕京管道应县压气站 ,是我国第一个采用变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心压缩机机组的压气站。 2020 年 2 月投产的西气东输管道蒲县压气站 ,是我国第一个投产的采用高速变频调速电机直接驱动离心压缩机机组的压气站。 自 20世纪 50 年代末以来 ， 燃气轮机已成为中等功率到大功率范围天然气管道增压用最广泛的驱动机 ,较小功率的机组多采用燃气发 动机驱动往复式压缩机。 随着我国天然气管道的不断延伸和电力电网的发展 ,一些靠近电力充足地区的压气站开始以大功率电动机驱动离心压缩机作为天然气增压方式 ,促进了我国天然气输送工业的发展。 针对易维护性，远程控制以及环保要求不断提高的现状 ,在供电能力较高的地区 ,采用电动机驱动管道压缩机的机组将会越来越多。 我国天然气管道使用的压缩机组有燃气发动机驱动往复式压缩机变频调速电机驱动往复式压缩机。 变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心式压缩机，高速变频调速电机直接驱动离心式压缩机和燃气轮机驱动离心式压缩机等类西 南石油大学本科毕业设计 2 型 , 用恒速高压电机 通过调速行星齿轮驱动离心式压缩机的机组 ,以及整体式磁悬浮电驱离心压缩机组。 近年来，国外在输气增压方面广泛采用了回热循环及联合循环系统工艺，提高了燃气透平的热效率。 例如，阿意输气管道 Messina 压气站的燃气机组，采用回热联合循环系统后，每台燃气轮机的综合热效率由原来的 %上升到 %。 此外，国外还广泛采用离心式压缩机的机械干密封与磁性轴承技术和故障诊断技术，有效地延长了轴承的使用寿命，降低了压缩机的运行成本，提高了机组的可靠性和完整性。 在我国，随着天然气需求量的不断增加，关于压气站的研究也逐渐 被重视起来。 压气站的选址、压气站的压缩机的选择、原动机选型、机组备用方式、机组配置、分离设备的的选择、压气站的安全性等方面的研究日益重要。 本文研究内容 （ 1） 了解压气站设计的最新方法与技术。 （ 2） 确定主要设备包括管线、汇管、控制阀、阀门、压缩机和计量仪表等的选型； （ 3） 确定压气站流程和设计参数； （ 4） 画出压气站的工艺流程图、平面布置图。 2 设计说明书 设计依据 设计资料 压气站内设计参数包括压 力 、 流 量 、 温度运 行 参数及设备的参数 ， 列出如下 ： （ 1） 压气站设 计压力 应 为 10MPa， 运行压力为 ～。 （ 2） 站内压降 站内压 力 应 为 ， 其中 入口压力为 ,出口压力为 ， 安全阀设定压力为。 （ 3） 按规范要求 ， 压气站出口温度不应超过 60℃。 （ 4） 旋风分离器的过滤精度 ，额定工况下的除尘效率达到 10μ m以上为 99 % (绝对过滤精度 )， 在工况点 177。 15%范围内，分离效率为 97%。 固原压气站 工艺 设计 3 （ 5） 过 滤 分 离 器 的 过 滤 精 度 对 于 粉 尘 ， 直径为 1μm 的过滤效率为 99 % （ 绝对过滤精度 ） ， 直径不大于 3μm 的过滤效率为 % (绝对过滤精度 )， 直径不大于 5μ m 的粉尘过滤效率为 %（ 绝对过滤 精度 ）。 对于液滴，直径为 1μ m过滤效率为 98 %（ 绝对过滤精度 ） ， 直径不大 于 3 μ m 的液滴过滤效率 为 % (绝对过滤精 度 )， 直径不大于 5μm 的液滴过滤效率为 %（ 绝对过滤精度 ）。 首站来气 400107m3/a 压气站 流量 （ 104m3/d） 进口压力 （ MPa） 出口压力 （ MPa） 压比 进口温度 （℃） 出口温度 （℃） 计算功率 （ MW） 耗气量 固原 设计规范 《输油输气管道施工验收规范》 《 输气管道工程设计规范 》 《 石油天然气设计防火规范 》 《 石油地面工程设计手册 》 《 输送流体用无缝钢管 》 《 油气设计规范 》 工艺流程设计 工艺流程概述 站场各区块的布置 为使压气站的设计既要满足生产的 需 要 、 有利于操作和控制 ,又要 工艺流程简洁 、美观 ,所以 应对 对压气站采用分区设 计 ,即将压气站分为干线进出站 （ 含清 管系统 ） 区 过滤分离 区 、 压 缩机 区 、 压缩空 气区 、 排污区 、 放空区 、 辅助区和综合值班室。 在设计中应将 过滤分离区尽量靠近压缩机区 ， 压 缩机的进出口管道尽量少拐弯 ， 以使站场能耗最 小 ， 合理布置各区相对位置。 西 南石油大学本科毕业设计 4 压气站的设计必须满足防火规范的要求 ， 规范中明确规 定 ,进出 厂 、 站的天然气总管应设紧急 切 断 阀。 在设计 中将 干线进出站 区 (含清管系 统 )作为干线的一部分 , 并把该进出站区管道作为进出 压气站的天然气总管 ， 在进出站管道上设置紧急切 断阀 ， 并设置越站旁路 ， 这样既符合规范要求 ， 又 能保证该站发生事故关闭后的全线正常 运行 ， 保持全线运行最大程度的连续性。 压气站的安全保护 （ 1） 变转速输出压缩机组 ： 所选压缩机组为燃气轮机驱动或变频调速电机驱动 , 可以通过调节转速来控制输出压力 , 机组自带压力报警和超压紧急 停车系统 , 每台压缩机组排气端设有紧急放空阀 ,ESD 停车时自动打开。 （ 2） 出站紧急截断 ( ESD): 压气站出口设紧急截断阀 , 在压缩机出口至出站截断阀之间设自动放空阀，与出站 ESD 紧急截断联锁。 压力检测与监控压气站出站紧急截断阀前设压力报警和压力开关，当出站压力达到设定值时 ，站控系统自动报警或紧急停车。 （ 3） 安全泄压阀 : 压缩机出口至出站紧急截断阀之间设置安全阀 ， 当压力达到设定值时自动起跳放空。 （ 4） 西气东输管道工程设计的压力安全保护系统由压缩机组超压保护 、 站控系统超压保护和安全泄放保护组成 ， 各系统保护相互独立 ， 互不干扰。 辅助设施 (1) 空气冷却器有关输气规范规定 ： 压气站 天 然气出站温度不 应大 于 60℃。 在系统分析 时分别取冬季平均地温 、 年平均地温 、 夏季平均地温对推荐输送方案进行计算。 对于压缩机出口温度不 超过 60℃ 的站只设循环 空冷 器 ,用于压缩机的启停 、 喘振和站内循环工况。 对于压缩机出口温度超 过 60℃ 的站设置工艺空 冷 器 , 以保证天然气出站温度不大于 60℃ , 同时兼有循环空冷器的功能。 (2) 压气站消防设施压气站的消防重点在压缩机区 ,燃气轮机机罩内自带火焰监测和 CO2 自动消防系统 ,当机罩内检测到天然气浓度超高 ,有火焰或有烟雾时 ，系统会发出报警信号并启动消防设备。 除机组自带的消防系统外 ,压缩机厂房采用固定消防 ,并配备一定数量的移动式消防设施。 固原压气站 工艺 设计 5 (3) 图像监视及周边防范系统一般压气站在压缩机厂房内设工业电视 ,将压缩机组的现场图像实时传送至站控中心和调度控制中心。 (4) 电源系统压气站正常运行需要有可靠的电源保 障 ,要求备用电源投入 快 、 性能稳 定 、 可 靠 性 高。 电机驱动压气站属一级用电负 荷 ,均有可 靠 的双路外电源作为保证 ， 燃气轮机驱动的压气站属二级用电负 荷 ,均有双电源作为保 证。 哈密和红 柳 压气站为无人站 ,没有外电依靠 ,必须自备发电机 作为主电源 ,实现电源供给无人值守 ,自动切换 , 因此要求发电设备具有更高的可靠性。 工艺流程设计原则 （ 1） 严格执行国家及是有天然气行业的各种标准、规范。 （ 2） 工程设计以及建设过程中应充分的考虑 QHSE 因素，优化设计和施工。 （ 3） 为提高工程质量和输配水平，尽量采用成熟可靠、先进、实用的技术。 (4) 站址选择在遵循城市规划要求的前提下，尽量节约工程投资。 (5) 在满足安全和工艺技术要求的情况下，力争节约投资，提高经济效应。 (6) 工程设计中应尽量采用国产材料和设备，以节约工程费用。 (7) 根据用气规模，考虑今后的发展，本设计应留有适当的余地。 主要工艺设备选型 管道内径 计算 油气集输管道选用的钢管、管道组件的材质选择，应该符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》 GB/T81631999。 并且 应根据设计压力、设计温度、介质特性、使用地区等因素，经技术经济比较后确定。 采用的钢管和钢材，应具有良好的强度和焊接性能。 当选择管线尺寸时，必须要考虑压力降和流动速度两个因素。 管线需要有足够大的直径以便在有效的压力情况下能驱动流体通过管线。 在生产设施的管线系统中，压力降通常不是起支配作用的标准，因为压力 降极大部分发生在通过控制阀门的地方。 与 生产过程有效压力降数值相比较，管线内的压力降相 对来说是比较小的。 站内管线管径计算 根据 《天然气 管道输送 》得： 西 南石油大学本科毕业设计 6 PuTTZqPuQd v 00  （ ） 式中 ： d—— 管子内径 ， m ； u—— 管内气体流速 ， m/s； Q—— 操作条件下的气体流量， dm/3 ； vq —— 标准状况下的气体流量， dm/3 ； P—— 操作条件下气体的绝对压力， MPa ； T—— 操作条件下气体的绝对温度， K ； 0T —— 标准状况下气体的绝对温度， K ； Z—— 气体压缩系数； 由 美国加利福尼亚天燃气协会公式 ： 3 .8 2 5T10100 7 1Δ pZ （ ） 式中 ： p—— 气体压力， MPa （绝）。 T—— 气体温度 根据《气田集气工程设计规范》 SY/T001096，可得： LTZ PPdq V   （ ） 式中： qv—— 管线计算流量， m3/d； d—— 管线内径， cm； P1—— 管线起点压力（绝对压力）， MPa； P2—— 管线终点压力（绝对压力）， MPa； Δ—— 气体的相对密度（对空气）； Z—— 气体在计算管段平均压力下的 压缩因子； T—— 气体的平均热力学温度， K； L—— 管线计算长度， km。 管道壁厚计算 集气管线管道壁厚计算根据《油气集输设计规范》 GB503502020 得： 固原压气站 工艺 设计 7 CFPDs   2 （ ） 式中： P —— 管线设计压力； MPa ； D —— 钢管外径； F—— 强度设计系数； F=（ 站场内部 ）； φ—— 焊缝系数；无缝 φ=1 ； σs—— 钢管的 最小屈服强度； MPa，本集气站选用的是屈服强度 σs＝ 245MPa 的 20＃无缝钢管； C—— 腐蚀系数； C =0（轻微腐蚀）。 阀门选型 阀门的类型有： 球阀，止回阀，清管阀，截止阀，调节阀，旋塞阀等。 阀门的选择应 当 符合现行国家标准《工业金属管道设计规范》 GB503162020 和相关规定。 在防火区内关键部位使用的阀门，必须 具有耐火性能。 需要通过清管器的阀门，应选用全通径阀门。 为确保安全， 并且 方便操作管理和自控水平与全线 SCADA 系统一 致，站场进站阀门采用电动紧急截断球阀。 排污阀 拟采用双密封导轨阀， 对口径较 大的截断用阀门采用电动球阀。 一般截断用阀门采用性能好的平板闸阀， 计量装置切换的阀门拟选用轨道球阀。 站内一般截断用阀门采用密封性能好的平板闸阀。 为提高分离器、清管接收装置、汇气管等设备上的排、放空阀的密封性及使用寿命，拟采用噪声小，耐冲刷的排污阀和节流截止放空阀。 安全阀选型 安全阀被 用于受压设备、容器和管路上，为 了 能当 压力超过规定数值时自动排除介质的过剩压力，保证安全生产而设置的： （ 1）确定安全阀的类型，对于站场一般用全封闭弹簧安全阀； （ 2）根据工艺要求，确定 安全阀的最大泄放量； （ 3）根据工艺设计，确定安全阀的泄放压力（定压）； （ 4）计算安全阀通道截面积； （ 5）根据计算的通道面积计算通道直径，在安全阀样本手册上选用大于且接近西 南石油大学本科毕业设计 8 计。